基本粒子研究的发展 [复制链接]

第7版()
专栏：

基本粒子研究的发展
金星南
世界上的一切物质都是由元素的原子所组成的科学论证，基本上是在上世纪内确立的。著名的门捷列夫的元素周期表，表明了各种元素的原子之间的内在联系。氢原子是最简单的原子。它是由一个带正电的粒子和一个带负电的粒子所组成的。我们把带正电的粒子叫做质子，带负电的粒子叫做电子。质子比电子要重一千八百多倍。人们认为质子和电子是用来组成原子的“基本粒子”。
原先人们认为光是一种波动，在上世纪末科学家建立了光的波动理论。但自从光电效应（光照在金属上能使金属放出电子，这种现象称为光电效应。）发现以后，人们就企图用波动理论来解释这种现象，但所得到的结论是和实际相矛盾的。要得出和事实相符合的结论，人们应该把光认为是一种粒子，这种粒子叫做光子。所以光子具有波动特性和微粒特性。粒子对于这两种特性的统一是近代物理学的伟大成就之一。光子不带电，永远以光的速度（每秒钟三百亿厘米）运动着。它的性质和质子、电子都不同，它是另一种基本粒子。
人们对原子核进行了更详细的研究之后，才知道基本粒子不只有电子、质子、光子，并且所谓基本粒子也不是最简单的粒子。它们呈现着很复杂的现象，是很复杂的粒子。
在研究原子核的过程中，人们发现了中子。中子是从原子核内部放出的，所以人们作出这样的结论：原子核是由质子和中子组成的。中子的特性和质子、电子、光子都不同，它不带电，但它的质量和质子的质量差不多相同。此外，中子还有一种特性：它是不稳定的，它能蜕变为质子，并且同时放出一个电子和一个质量很小（不及电子的质量百分之一）的不带电的中微子。中子的平均寿命为十三分。
中子是一种基本粒子。虽然它能蜕变为质子并放出一个电子和一个中微子，这绝不表示中子是由质子、电子、中微子三个基本粒子所组成的。因为在很多原子核的蜕变现象中，我们常常见到原子核中的质子也能转化为中子，并同时放出一个带正电的电子（即所谓正电子）和一个中微子。中子的蜕变是中子的固有特性。
中微子也是一种基本粒子，由于它既不带电，质量又小，所以我们很难发现它。但我们在蜕变理论的研究上必须要假定它的存在。以后人们做了许多实验，都肯定了这个假定是正确的。
正电子是在研究宇宙线的时候首先发现的。它的质量和电子相同，但带有正电，它也是一种基本粒子。在某些情况下，例如能量较大的一兆电子伏以上的光子在某一原子核附近，可以同时产生一个电子和一个正电子，即所谓对产生。电子和正电子也可以转化为光子。由此可见，基本粒子的相互转化是一个很普遍的现象。
上面所叙述的是1935年以前人们对于基本粒子的认识的情况。这些基本粒子大概可分为两大类：一类是质量较轻的粒子，如光子、中微子、电子、正电子；另一类是质量较重的粒子，如质子、中子。
最近人们又发现了一种新的基本粒子，即反质子。它的质量和质子一样，但它所带的电荷和质子所带的电荷相反。
当1935年人们研究原子核中质子和中子间的强大的作用力（即核力）的时候，在理论上预言了有一种质量约为电子质量二百倍的粒子存在。后来在1937年研究宇宙线时，发现了质量为电子质量二百零七倍的粒子，当时认为这种粒子就是在核力理论上所预言的那一种粒子。但是以后知道这种粒子和原子核的作用力不大，所以不能认为它是在核力理论上所预言的那一种粒子。人们称这种粒子为米欧介子。因为它的质量是在电子的质量和质子的质量之间的，所以称之为“介子”。米欧介子可以蜕变为一个电子和二个中微子。
在1947年，人们又在宇宙线的研究中发现了一种新的介子。这种介子称为派爱介子，它和原子核的作用力很强。除发现带正电的派爱介子和带负电的派爱介子外，人们还发现了中性的（不带电的）派爱介子。带正电的派爱介子和带负电的派爱介子的质量为电子质量的二百七十三倍，它的平均寿命等于米欧介子的平均寿命的百分之一，它可以蜕变为带电的米欧介子和中微子。
中性的派爱介子的质量为电子质量的二百六十五倍，它的平均寿命等于带电派爱介子的平均寿命的一千万分之一，它常蜕变为二个光子。
派爱介子不仅在宇宙线中可以找到，人们现在可以利用高能加速器人工制造派爱介子。这样，人们就可以控制派爱介子的产生。这就使得我们能够更详细地来研究派爱介子的各种特性了。
由于研究技术和研究条件的改进，人们在高山上利用云雾室和照相乳胶进行宇宙线的研究后，又发现了很多新的基本粒子。目前已经发现的这些基本粒子，我们可以按照它们的质量分为两大类：其中一类基本粒子的质量比派爱介子约大三倍，这类基本粒子称为重介子，里面有带电的和中性的。另一类基本粒子的质量比中子、质子和反质子都重，这类基本粒子叫做超子。超子也有带电的与中性的。
我们现在已经发现的重介子和超子有许多种。
重介子与超子不但能在宇宙线中找到，并且人们也能利用高能加速器的人工方法获得。这样对于人们研究重介子和超子的特性提供了有利的条件。现在人们在研究基本粒子的过程中，首先在宇宙线的研究中初步地探索某类基本粒子的产生条件和一些主要特性，然后再造高能加速器来产生这种粒子，作更详细的有系统的研究。
由于科学技术的日益发展，我们很可能发现比现在我们所知道的重介子与超子的数目更多的基本粒子。基本粒子的数目增多，以及对于它们的特性的了解，对于人们认识物质世界是具有头等重要的意义的。人们对于原子的研究，就能从宏观世界的认识深入地进入微观世界的认识。对于基本粒子的研究，必定可以使人们对于物质世界的认识更进一步。到目前为止，人们对于基本粒子的认识还十分不够，还处于初步的阶段。对于基本粒子间的内在联系和互相转化的规律的研究还是刚刚开始。所以这片物理学领域中的新园地是需要很多刻苦耐劳的科学家们去开垦的。
我国的科学家对基本粒子的研究一向是注意的。今天他们在党和政府对科学研究工作坚强的领导下，在这方面一定能作出新的贡献。